微課教學(xué)設(shè)計之“數(shù)碼管動態(tài)顯示”

沙愛軍 郭麗紅

（南京工程學(xué)院信息與通信工程學(xué)院 江蘇·南京 211167）

0 引言

“微課”是“微型教學(xué)視頻課”的縮寫，是指通過精心的教學(xué)設(shè)計和組織[1]，在5-10分鐘左右時間內(nèi)，為講解具有重難點的某個知識點等而開展的微型的視頻課程，其具有時間短小、內(nèi)容精悍等特征，且得益于移動互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)的發(fā)展，便于授課對象可以更好地利用碎片化時間，實現(xiàn)隨時、隨地的學(xué)習(xí)。

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”是通信、電子等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。單片機(jī)課程具有知識點多，內(nèi)容細(xì)碎、原理抽象，需要理論聯(lián)系實踐等特點，將微課運用于“單片機(jī)原理及應(yīng)用”教學(xué)中，將課程劃分為一系列的小的專題和任務(wù)，通過講解和討論，在較短的時間內(nèi)更好地幫助學(xué)生掌握重難點。本次以單片機(jī)原理及應(yīng)用課程中的一個重難點：多個數(shù)碼管的動態(tài)顯示微課教學(xué)設(shè)計為例，做相關(guān)介紹。

1 數(shù)碼管動態(tài)顯示的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)

由于數(shù)碼管的動態(tài)顯示以單個數(shù)碼管顯示為基礎(chǔ)，所以將此次任務(wù)分解成2個子任務(wù)：（1）單個數(shù)碼管的顯示；（2）多個數(shù)碼管的動態(tài)顯示。

教學(xué)目標(biāo)主要有：

（1）學(xué)習(xí)掌握單個數(shù)碼管的顯示原理及實現(xiàn)；

（2）學(xué)習(xí)掌握多個數(shù)碼管的動態(tài)顯示原理及實現(xiàn)；

（3）掌握相關(guān)的思政元素：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的研究問題，以及課程涉及的相關(guān)的哲學(xué)知識。

本次微課采用項目驅(qū)動，從問題引入→任務(wù)分解：單個數(shù)碼管的顯示，多個數(shù)碼管的動態(tài)顯示→兩個子任務(wù)的實現(xiàn)→進(jìn)行拓展：討論和思考[2]。在此過程中，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)，不斷深入問題，利用對比、動畫展示、理論聯(lián)系實際（keil和proteus仿真）等多種教學(xué)方法，幫助學(xué)生掌握數(shù)碼管的顯示相關(guān)知識點，并培養(yǎng)學(xué)生的思考問題的能力，提高科研、哲學(xué)素養(yǎng)。

2 教學(xué)設(shè)計

2.1 問題引入和任務(wù)分解

首先以2幅多個數(shù)碼管的使用的圖片引入，描述數(shù)碼管在生活中得到廣泛的使用，經(jīng)常用于設(shè)備和儀表的顯示，提出如何實現(xiàn)多個數(shù)碼管顯示？引出多個數(shù)碼管的顯示方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，以及本次課的重要內(nèi)容：動態(tài)顯示。然后將任務(wù)分解成2個子任務(wù)：任務(wù)1，單個數(shù)碼管的顯示；任務(wù)2，多個數(shù)碼管的動態(tài)顯示。前者是后者的基礎(chǔ)。

2.2 任務(wù)1：單個數(shù)碼管的顯示

首先，以共陰數(shù)碼管為例，講解單個數(shù)碼管的顯示原理。從數(shù)碼管的外觀有a,b,c,d,e,f,g,dp等8個段、10個引腳開始，進(jìn)而指出共陰數(shù)碼管名稱的由來，以求出字符0的段碼為例，講解了如何根據(jù)要顯示的字符，在段選端加不同的電平，以控制數(shù)碼管的不同的段的亮滅，并可由此得出顯示字符對應(yīng)的段碼0x3f，用上面的求段碼的方法得出了0-f常見字符的段碼，并把它們依次存入一個數(shù)組ucharsegcode[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}中。歸納出數(shù)碼管顯示的原理：①公共端必須有效；②段選端必須送相應(yīng)的字符的段碼。

然后，實現(xiàn)單個數(shù)碼管的顯示電路和編程。將單片機(jī)P2口連接了數(shù)碼管的段選端，數(shù)碼管公共端接地。程序中，要顯示字符0，只需要把字符0的段碼通過segcode[0]送給P2即可。

并點出：單個數(shù)碼管顯示實質(zhì)是靜態(tài)顯示，特點：①公共端固定接地（對共陰極數(shù)碼管）；②1個數(shù)碼管單獨需要一組段選線。

2.3 任務(wù)2：多個數(shù)碼管的動態(tài)顯示

首先，講解數(shù)碼管動態(tài)顯示的含義。通過2個演示：（1）演示8個數(shù)碼管顯示的視覺效果：看起來好像所有數(shù)碼管都同時在顯示；（2）演示單步運行的數(shù)碼管動態(tài)顯示視覺效果，得出數(shù)碼管顯示的本質(zhì)：多個數(shù)碼管動態(tài)顯示，實際上是逐個輪流點亮數(shù)碼管，一個時間里面只有一個數(shù)碼管顯示，當(dāng)1秒循環(huán)24次以上，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，看起來所有數(shù)碼管都同時在顯示。

并以此拋出一個問題：眼見是否為實？啟發(fā)學(xué)生思考，點出一個重要的思政元素：眼見未必為實。要學(xué)會探究事物的本質(zhì)，要去偽存真，不被表象所迷惑。

然后，講解了多個數(shù)碼管動態(tài)顯示的控制過程[3]。主要從段選端和位選端的設(shè)置角度，并采用和單個數(shù)碼管靜態(tài)顯示對比的方法來講解。兩個不同點：①8個數(shù)碼管的段選端并接，用一個端口I/O（1）共同控制，而不是1個數(shù)碼管一組段選線；②8個數(shù)碼管的公共端L0-L7，并沒有固定接地，而是由另一個端口I/O（2）控制，稱為位選線。

如何搭配位碼和段碼，實現(xiàn)數(shù)碼管的輪流點亮，是此處重點講解的內(nèi)容。

講解中，采用了動畫展示如何實現(xiàn)8個數(shù)碼管從左到右輪流顯示0-7。以先讓最左邊數(shù)碼管顯示0為例，要顯示0，可先把0的段碼0x3f發(fā)送到段選線，由于是共陰數(shù)碼管，可以先讓最左邊數(shù)碼管的公共端L0為低電平，其余數(shù)碼管公共端L1～L7為高電平，對應(yīng)位碼為0xfe，就能實現(xiàn)最左邊數(shù)碼管顯示0。其它數(shù)碼管顯示也類似。這樣就實現(xiàn)了一輪顯示，添加循環(huán)就可以實現(xiàn)一直顯示。并將獲得的8個位碼依次存到一個數(shù)組ucharposcode[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}中。接著，結(jié)合電路和關(guān)鍵程序代碼，講解如何實現(xiàn)多個數(shù)碼管的動態(tài)顯示，并對數(shù)碼管的延時時間長短對顯示的影響進(jìn)行了探討。

數(shù)碼管動態(tài)顯示的仿真電路主要由51單片機(jī)和8個數(shù)碼管組成。單片機(jī)的P0口控制數(shù)碼管的段選線，P2口控制數(shù)碼管的位選線。

程序結(jié)合disbuffer[8]={0,1,2,3,4,5,6,7,8}數(shù)組存放要顯示的內(nèi)容。數(shù)組segcode[8]和poscode[16]分別存放段碼表和位碼表，用程序中用變量i控制當(dāng)前工作的數(shù)碼管，調(diào)用語句 P0=codevalue[disbuffer[i]]，P2=chocode[i]，delay()等。當(dāng)i=0時取顯示內(nèi)容disbuffer[0]，得到顯示內(nèi)容0，通過segcode[0]查到對應(yīng)的段碼0x3f送給P0,再通過poscode[0]查到位碼0xfe送給P2，控制只有第0個數(shù)碼管工作，就可以實現(xiàn)在第0個數(shù)碼管上顯示0。然后再調(diào)用延時函數(shù)delay，讓數(shù)碼管延時顯示1ms。當(dāng)i從0變化到7，就可以實現(xiàn)一輪的顯示，將display函數(shù)放入1個死循環(huán)中就可以實現(xiàn)循環(huán)顯示。由于單片機(jī)運行速度很快，所以看起來就是所有數(shù)碼管一直在顯示。

對電路和程序Proteus和keilC仿真進(jìn)行演示，并說明結(jié)果和上述分析完全吻合。

2.4 拓展

安排兩個思考和討論：（1）delay函數(shù)延時時間太多和太少對顯示有什么影響？（2）多個數(shù)碼管動態(tài)顯示有什么優(yōu)點和缺點？前者可以讓學(xué)生更深刻地理解動態(tài)，后者可以讓學(xué)生更好地總結(jié)相對于靜態(tài)顯示缺點，并為引出串行口擴(kuò)充實現(xiàn)靜態(tài)顯示打下基礎(chǔ)。

3 教學(xué)方法與手段

（1）利用逐步深入法：將整體分解成2個小任務(wù)，每次完成一個小項目，循序漸進(jìn)，不斷探索，逐步深入；

（2）運用視頻和動畫教學(xué)展示、解釋重點難點：如動態(tài)顯示概念和控制；

（3）運用對比的方法：講解單個和多個數(shù)碼管顯示對段選端和公共端要求的不同；

（4）理論聯(lián)系實際：運用Proteus和keilC的聯(lián)合仿真來展示相關(guān)理論描述；

（5）教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)：拋出問題，引導(dǎo)思考，得出正確結(jié)論。

4 總結(jié)

通過對單片機(jī)原理及應(yīng)用課程重難點錄制微課，并利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段和方法，可以極大地方便學(xué)生利用課后時間自由、反復(fù)地觀看，提升對知識點的掌握，成為課堂教學(xué)外的有效補充甚至替代傳統(tǒng)教學(xué)。